JP5089081B2

JP5089081B2 - 発光装置

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Publication number: JP5089081B2
Application number: JP2006131210A
Authority: JP
Inventors: 博美茶谷
Original assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Screen Holdings Co Ltd; Dainippon Screen Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2006-05-10
Filing date: 2006-05-10
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2026-05-10
Also published as: JP2007305712A

Description

本発明は、フラッシュ光を出射する発光装置に関する。

従来より、半導体やガラス等の基板上の所定の検査領域の画像を取得して、基板上のパターンを検査することが行われており、キセノンフラッシュランプからのフラッシュ光（例えば、発光時間が１〜１．５マイクロ秒（μ秒）のフラッシュ光）を利用して連続的に移動する基板上の検査領域の画像を取得する画像取得装置も知られている。また、近年では、フラッシュ光の光源として高輝度の発光ダイオード（ＬＥＤ）を利用する手法が提案されている。高輝度発光ダイオードでは、連続点灯時の許容電流として予め定められる（最大）定格電流を入力して発光させた場合でも、（単位時間当たりの）光量がキセノンフラッシュランプの数十分の１以下となるため、定格電流を超える電流を発光ダイオードに微小時間だけ入力して高輝度のフラッシュ光（例えば、定格電流を入力する場合の約５〜１０倍の光量となるフラッシュ光）を出射する技術も提案されている（例えば、特許文献１ないし３参照）。

なお、定格電流以下の電流を連続的に供給して発光ダイオードを発光させる駆動回路（ドライブ回路）では、通常、発光ダイオードのカソード側またはアノード側に電流制限用の抵抗を設け、発光ダイオードに供給される電流が制限される。例えば、電源の電圧が（＋１２．０）ボルト（Ｖ）であり、発光ダイオードの定格電流が５００ミリアンペア（ｍＡ）、順方向電圧が４．０［Ｖ］である場合には、電流制限用の抵抗の抵抗値は（（１２．０−４．０）／０．５）を求めることにより１６オーム（Ω）とされ、抵抗における消費電力は４．０ワット（Ｗ）となる。したがって、仮に、安全係数を１．５とすると、抵抗値１６［Ω］、定格電力６［Ｗ］の抵抗が必要となる。一般的には、抵抗における実際の消費電力に対して安全係数を１．５〜２．０として電流制限用の抵抗の仕様が決定される。また、安全性をより考慮する場合には、電源近傍に溶断型または自己回復型のヒューズが設けられる。
特開２００３−２０８９９１号公報特開平８−３０５８３３号公報特開２００５−３５２２５２号公報

ところで、発光ダイオードに定格電流を超えるパルス状の駆動電流を入力する際に、ノイズ等の影響により、仮に駆動電流のパルスが所定の幅（時間）よりも長く入力されたり、予め定められた期間（例えば、予定しているパルス間隔）内に所定数よりも多い回数だけ入力されると、過度の温度上昇により、発光ダイオードにおける外部との接続用の端子とベアチップとを接続するワイヤ（通常、細い金属線とされ、ボンディングワイヤとも呼ばれる。）の断線やベアチップの接合部の破損、あるいは、駆動回路内のトランジスタの破損、さらに、電流制限用の抵抗の定格電力が小さい場合には当該抵抗の焼損等、発光ダイオードまたは駆動回路に不具合が発生する場合がある。また、駆動回路の電源近傍にヒューズを設ける場合であっても、ヒューズは応答が遅いため発光ダイオードまたは駆動回路に生じる上記不具合を回避することはできない。さらに、特許文献１ないし３のいずれにおいても、上記不具合を回避する手法は開示されていない。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、定格電流を超える駆動電流が発光ダイオードに所定の幅よりも長く、または、予め定められた期間内に所定数よりも多い回数だけ入力されることを防止し、発光ダイオードまたは駆動回路において異常な駆動電流による不具合の発生を防止することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、フラッシュ光を出射する発光装置であって、発光ダイオードと、駆動パルス発生部からの駆動パルス信号が入力されるとともに、前記駆動パルス信号がＯＮを示す間だけ前記発光ダイオードに連続点灯時の定格電流を超える駆動電流を供給する駆動回路と、前記駆動パルス発生部と前記駆動回路との間に設けられ、予め設定されたパルス制限期間内に入力される前記駆動パルス信号のパルスの個数が所定の制限数よりも多い場合に、前記パルス制限期間内における前記パルスの個数を前記制限数に制限し、制限された前記駆動パルス信号を前記駆動回路へと出力する保護回路とを備え、前記保護回路が、コンデンサの充放電により前記駆動パルス信号の変化を緩和させた中間信号を生成する時定数回路である積分回路と、前記駆動パルス信号と前記中間信号との論理演算により、前記パルス制限期間内におけるパルスの個数を前記制限数に制限し、制限された前記駆動パルス信号を出力する論理回路とを備え、前記積分回路において、充電時の時定数が放電時の時定数よりも大きい。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発光装置であって、前記制限数が２または３である。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発光装置であって、前記保護回路が、入力される前記駆動パルス信号のパルスの幅が予め設定された制限パルス幅よりも長い場合に、前記パルスの前記幅を前記制限パルス幅に制限し、制限された前記駆動パルス信号を前記駆動回路へと出力する。

本発明によれば、パルス制限期間内に制限数よりも多い回数だけ駆動電流が発光ダイオードに入力されることを防止することができ、これにより、発光ダイオードまたは駆動回路において異常な駆動電流による不具合の発生を防止することができる。

また、簡単な構成にて保護回路を実現することができる。請求項３の発明では、駆動電流が発光ダイオードに制限パルス幅よりも長く入力されること、および、パルス制限期間内に制限数よりも多く入力されることを防止することができる。

図１は本発明の関連技術に係る画像取得装置１の構成を示す図である。画像取得装置１は、半導体基板やガラス基板、あるいはプリント配線基板等（以下、「基板」という。）に向けてフラッシュ光を出射する発光装置としての機能に加えて、基板上の所定の領域の画像を取得する機能も有しており、取得された画像は当該基板の検査等に利用される。

画像取得装置１は、基板９を図１中のＹ方向へと連続的に移動するコンベア２、コンベア２の上方に設けられたヘッド部３、および、画像取得装置１の各構成要素に接続されるとともに画像取得装置１の制御部としての役割を果たすコンピュータ４を備える。画像取得装置１においてヘッド部３およびコンピュータ４が発光装置１ａの主要部となっているが、コンベア２も発光装置１ａに含まれると捉えられてもよい。コンベア２は、それぞれがＸ方向を向く複数のシャフト２１をＹ方向に所定の間隔にて配列して有する。各シャフト２１にはローラ２２が取り付けられ、複数のローラ２２に接するように環状のベルト２３（図１中では、ベルト２３の一部のみを図示している。）が設けられる。複数のシャフト２１の一部はモータ２４に接続されて回転し、ベルト２３上に載置された基板９は両主面を図１中のＸＹ平面に沿わせつつモータ２４の回転速度に応じて（＋Ｙ）方向に連続的に移動する。モータ２４の回転軸にはエンコーダ２５が取り付けられ、エンコーダ２５の出力はコンピュータ４へと出力される。また、基板９の搬送経路上においてヘッド部３の（−Ｙ）側には、基板９の通過を検出するセンサ２６が取り付けられる。

ヘッド部３は、フラッシュ光を出射する発光部５、および、受光素子が２次元に配列された撮像素子３３１を有する撮像部３３を備え、発光部５からのフラッシュ光は光学系３２が有するハーフミラー３２１により折り返されて基板９の移動経路上へと導かれる。基板９からのフラッシュ光の反射光は光学系３２により取り込まれて撮像部３３へと導かれ、基板９の像が撮像素子３３１上に形成される。これにより、撮像素子３３１の撮像面に対して光学的に共役な撮像領域（図１中のＸＹ平面に平行な面上の領域）に位置する基板９上の領域の画像データが取得され、画像データはコンピュータ４へと出力される。

図２は、発光部５の構成を示す図である。図２に示すように、発光部５は、高輝度の発光ダイオード５１（パワーＬＥＤとも呼ばれ、以下、「ＬＥＤ５１」という。）を備え、ＬＥＤ５１のアノード側は電流制限用の抵抗５２３およびヒューズ５２２を介して電源５２１に接続され、ＬＥＤ５１のカソード側はトランジスタ５２４のドレイン側に接続される。トランジスタ５２４は、例えばパワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）とされ、ソース側は接地され、ゲート側はオペアンプ５２５および保護回路５３を介して駆動パルス発生部４１に接続される。駆動パルス発生部４１は、コンピュータ４に設けられる専用の電気的回路により実現される機能であり（コンピュータ４によりソフトウェア的に実現されてもよい。）、図１中のセンサ２６からの出力に基づいてＬＥＤ５１の発光のＯＮ／ＯＦＦを示す信号を発生して保護回路５３に入力する。なお、発光部５において駆動パルス発生部４１と保護回路５３との間には分岐路が設けられ、この分岐路は一端が接地される抵抗５４１（終端抵抗）の他端に接続される。発光部５では、電源５２１、ヒューズ５２２、抵抗５２３、トランジスタ５２４およびオペアンプ５２５により、ＬＥＤ５１に電流を供給する駆動回路５２が構成される。

図３は、保護回路５３の構成を示す図である。図３に示すように、保護回路５３の入力側（図３中の左側）では分岐点５３９において分岐しており、一方の経路はシュミット回路を有するＡＮＤゲート５３１の一方の入力端子（以下、「第１入力端子」という。）にそのまま接続され、他方の経路は積分回路５３２のインバータ５３３および抵抗５３４を介してＡＮＤゲート５３１の他方の入力端子（以下、「第２入力端子」という。）に接続される。積分回路５３２は、一方の端子が接地されるコンデンサ５３５を有し、コンデンサ５３５の他方の端子は抵抗５３４とＡＮＤゲート５３１との間に接続される。

次に、発光部５の通常の動作について説明する。図４は、発光部５の通常の動作時に保護回路５３から駆動回路５２に出力される信号を説明するための図である。図４では、保護回路５３の各位置における電圧（接地電位に対する電位差）を示しており、図４の最も上の段は保護回路５３の入力端（分岐点５３９）における電圧を示し、上から２段目はインバータ５３３により変換された電圧を示し、上から３段目はＡＮＤゲート５３１の第２入力端子における電圧を示し、最も下の段はＡＮＤゲート５３１の出力端子における電圧を示している（図５において同様）。

図４の上段に示すように、図２の駆動パルス発生部４１から保護回路５３に入力される信号は、Ｈ（Ｈｉｇｈ）レベルの電圧またはＬ（Ｌｏｗ）レベルの電圧を示す（２値の）信号であり、ＨレベルはＬＥＤ５１のＯＮを示し、ＬレベルはＬＥＤ５１のＯＦＦを示している。実際には、駆動パルス発生部４１は微小時間だけ、当該信号の電圧をＨレベルとしてＬＥＤ５１のＯＮを指示するパルスを発生するため、以下の説明では、駆動パルス発生部４１からの信号を駆動パルス信号と呼ぶ。

図４の最も上の段において時刻Ｔ１よりも前における駆動パルス信号の電圧がＬレベルの状態（すなわち、駆動パルス発生部４１がパルスを発生する前）では、図４の上から２段目に示すように、インバータ５３３の出力側の電圧がＨレベルに変換されており、コンデンサ５３５が充電される。駆動パルス信号の電圧がＬレベルとされる時間は、Ｈレベルとされる時間に比べて充分に長いため、駆動パルス発生部４１がパルスを発生する直前にはコンデンサ５３５の充電は完了している。ＡＮＤゲート５３１の第２入力端子の電圧は、コンデンサ５３５の接地される電極とは反対側の電極の電圧に等しく、図４の３段目に示すように、コンデンサ５３５における充電が完了した状態においてＨレベルとなる。図４の最も上の段に示すように、時刻Ｔ１にて駆動パルス信号のパルスが保護回路５３に入力されると、図４の２段目に示すようにインバータ５３３の出力側の電圧がＬレベルとされることにより、コンデンサ５３５が放電を開始する。コンデンサ５３５の放電開始直後では、ＡＮＤゲート５３１の第２入力端子の電圧は、図４の３段目に示すようにほぼＨレベルとされ、その後、抵抗５３４に電流が流れ込むことにより次第に低くなる。駆動パルス発生部４１からの駆動パルス信号の電圧は図４中の時刻Ｔ２にてＬレベルに戻り、インバータ５３３の出力側の電圧がＨレベルとされる。これにより、コンデンサ５３５の充電が開始され、ＡＮＤゲート５３１の第２入力端子の電圧が次第に高くなり、Ｈレベルに到達すると、その後一定となる。

このように、積分回路５３２ではＬレベルとＨレベルとの間で反転させた後の駆動パルス信号の変化率の大きさ（絶対値）をコンデンサ５３５の充放電により小さくして、駆動パルス信号の変化を緩和させた信号（以下、「中間信号」という。）が生成され、ＡＮＤゲート５３１の第２入力端子に出力される。

ＡＮＤゲート５３１では、時刻Ｔ１よりも前では、第１入力端子に入力される駆動パルス発生部４１からの駆動パルス信号の電圧がＬレベルとされ、第２入力端子に入力される中間信号の電圧がＨレベルとされることにより（図４の最も上の段および３段目参照）、図４の最も下の段に示すように、電圧がＬレベルの信号が出力される。また、保護回路５３に入力される駆動パルス信号の電圧がＨレベルとされる時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間では、第１入力端子に入力される駆動パルス信号の電圧がＨレベルにて一定とされるのに対して、第２入力端子に入力される中間信号の電圧は、既述のように時刻Ｔ２に近づくに従ってＨレベルから次第に低くなる。このとき、中間信号の電圧は、図４の３段目にて符号８１を付す一点鎖線にて示すように、ＡＮＤゲート５３１に予め設定される電圧の閾値（スレッシュホールドとも呼ばれ、以下、「電圧閾値」という。）以上とされるため、第２入力端子に入力される中間信号の電圧はＨレベルであると判定され、図４の最も下の段に示すように、ＡＮＤゲート５３１から電圧がＨレベルの信号が出力される。そして、駆動パルス信号の電圧がＬレベルとされる時刻Ｔ２以降では、第１入力端子に入力される駆動パルス信号の電圧がＬレベルとされ、第２入力端子に入力される中間信号の電圧がＨレベルとされる（または、Ｈレベルとみなされる）ことにより、電圧がＬレベルの信号が出力される。このように、発光部５の通常の動作時には、図２の駆動パルス発生部４１からの駆動パルス信号は保護回路５３を介してほとんどそのままの状態で駆動回路５２に入力される。以下の説明では、保護回路５３から駆動回路５２に出力される信号も同様に駆動パルス信号と呼ぶ。

保護回路５３からの駆動パルス信号は、オペアンプ５２５にて増幅されてトランジスタ５２４のベース側に入力される。したがって、保護回路５３から出力される駆動パルス信号がＯＮを示す（すなわち、駆動パルス信号の電圧がＨレベルとされる）時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間だけＬＥＤ５１に電流が供給されてＬＥＤ５１が発光する。このとき、ＬＥＤ５１に実際に供給される電流（以下、「駆動電流」という。）は、ＬＥＤ５１を連続点灯する際に許容される電流の最大値である（最大）定格電流より大きくされ（例えば、定格電流が０．３〜１［Ａ］の範囲内である場合に、駆動電流は５〜１５［Ａ］の範囲内とされる。）、ＬＥＤ５１からの光の強度はＬＥＤ５１に供給される電流に依存することにより、ＬＥＤ５１は連続点灯時よりも高輝度にて発光することとなる。一方で、駆動パルス信号がＯＦＦを示す期間は（すなわち、駆動パルス信号の電圧がＬレベルとされる期間は）、ＬＥＤ５１が非発光状態とされる。

次に、図１の画像取得装置１が、基板９上の所定領域の画像を取得する動作について説明する。以下の説明において、基板９上における検査対象の領域（以下、「検査領域」という。）の位置はコンピュータ４にて予め記憶されているものとする。

検査領域の画像を取得する際には、まず、駆動されるコンベア２上において（−Ｙ）側に基板９が載置され、（＋Ｙ）方向へと連続的に移動を開始する。本実施の形態では、例えば、毎秒２００ミリメートル（ｍｍ）の一定の速度にて基板９が連続的に移動するようにエンコーダ２５からの出力に基づいてモータ２４の回転速度が制御される。この場合に、仮に基板９の直径が８インチ（約２００ｍｍ）であるとすると、この基板９は１秒でヘッド部３の下方を通過する。コンピュータ４では、センサ２６からの出力により基板９の位置が特定され、基板９上の検査領域がヘッド部３の撮像領域へと到達する正確な時刻が求められる。

続いて、基板９がヘッド部３の下方へと到達し、基板９上の検査領域が撮像部３３の撮像領域へと近づくと、撮像部３３の電子シャッタがＯＮとされる（すなわち、撮像部３３の各受光素子での電荷の蓄積が開始される）。そして、基板９上の検査領域がヘッド部３の撮像領域へと到達すると、図２の駆動パルス発生部４１が、例えば１５μ秒だけ駆動パルス信号の電圧をＨレベルとしてパルス幅が１５μ秒のパルスを発生し、発光時間１５μ秒のフラッシュ光がＬＥＤ５１から基板９に向けて出射される。

フラッシュ光の基板９からの反射光は図１の光学系３２により撮像部３３へと導かれ、撮像部３３上に基板９上の検査領域の像が所定の倍率にて形成される。フラッシュ光の照射後、撮像部３３の電子シャッタがＯＦＦとされ、検査領域の画像が取得される。

ここで、前述のように基板９は毎秒２００ｍｍにて移動し、フラッシュ光が照射される１５μ秒の間に基板９は３マイクロメートル（μｍ）だけ移動するため、撮像部３３にて取得される画像では、３μｍのブレが生じる。また、撮像素子３３１の１つの受光素子に対応する基板９上の領域（すなわち、ある時刻において撮像素子３３１上に形成される像のうち１つの受光素子に相当する部分を示す基板９上の領域）のＸ方向およびＹ方向のそれぞれにおける長さ（以下、「解像度」という。）は共に３０μｍとされている。したがって、取得される画像のブレ量は、解像度の１／１０となり、この程度のブレ量の画像はブレの影響をほとんど考慮することなく、検査等に用いることが可能となる。

次に、駆動パルス発生部４１から発光部５に異常な駆動パルス信号が入力された場合における図３の保護回路５３の動作について説明する。図５は、発光部５に異常な駆動パルス信号が入力された場合に保護回路５３から駆動回路５２に出力される駆動パルス信号を説明するための図である。

駆動パルス発生部４１から保護回路５３に入力される駆動パルス信号において、図５の最も上の段に示すように、駆動パルス発生部４１の誤動作やノイズの影響等によりパルスの幅が通常の動作時におけるもの（図５中の最も上の段にて破線にて示す。）よりも長くなった場合を想定すると、図５の上から２段目に示すように、インバータ５３３の出力側の電圧は駆動パルス発生部４１からの駆動パルス信号の電圧をＨレベルとＬレベルとの間で反転させたものとなる。したがって、図５の上から３段目に示すように、中間信号の電圧は駆動パルス発生部４１からの駆動パルス信号の電圧がＨレベルとなる時刻Ｔ３の直後ではほぼＨレベルであるが、時間の経過と共に次第に低くなり、Ｌレベルまで到達すると、その後、駆動パルス発生部４１から入力される駆動パルス信号の電圧がＬレベルとなる時刻Ｔ５まで一定となる。

時刻Ｔ３の直後において、ＡＮＤゲート５３１の第１入力端子に入力される駆動パルス信号の電圧はＨレベルであり、第２入力端子に入力される中間信号の電圧もＨレベルと判定されるため、図５の最も下の段に示すように保護回路５３から駆動回路５２に出力される駆動パルス信号の電圧もＨレベルとされ、ＬＥＤ５１に駆動電流が流れる。しかしながら、時刻Ｔ４にて中間信号の電圧がＡＮＤゲート５３１における電圧閾値（図５中にて符号８１を付す一点鎖線にて示す。）よりも小さくなると、ＡＮＤゲート５３１において第２入力端子に入力される中間信号の電圧がＬレベルであると判定され、保護回路５３から出力される駆動パルス信号の電圧はＬレベルとなる。したがって、駆動パルス発生部４１から入力される駆動パルス信号において、パルスの発生後、電圧がＬレベルとされる時刻Ｔ５よりも前に、ＬＥＤ５１への駆動電流の供給が停止されることとなる。このように、保護回路５３では、駆動パルス発生部４１から入力される駆動パルス信号のパルスの幅が、積分回路５３２の時定数およびＡＮＤゲート５３１における電圧閾値により決定される幅（本実施の形態では、図５中の時刻Ｔ３から時刻Ｔ４までの時間であり、以下、「制限パルス幅」という。）に制限される。

ここで、制限パルス幅は、仮にその時間だけ駆動電流がＬＥＤ５１に連続的に供給された場合であってもＬＥＤ５１や駆動回路５２の破損が確実に回避されることを前提として実験等により予め決定される時間であり、制限パルス幅に合わせて積分回路５３２の時定数およびＡＮＤゲート５３１における電圧閾値が決定される。また、駆動パルス発生部４１からの駆動パルス信号のパルスの幅が通常の動作時よりも長くなった場合であっても、一定のブレ量以内の精度のよい画像を取得するという観点では、制限パルス幅が、撮像素子３３１の１つの受光素子に対応する基板９上の領域の基板９の移動方向における長さの１／１０の距離だけコンベア２が基板９を移動する時間の１倍以上１．５倍以下（本実施の形態では、１５μ秒以上２２．５μ秒以下）とされることが重要となり、さらに、パルスの異常時におけるＬＥＤ５１に対する負荷（ＬＥＤ５１の破損にまでは至らない負荷）を少なくするという観点では、制限パルス幅は当該時間の１．３倍である２０μ秒以下とされることがより好ましい。

ところで、図６に示すように、保護回路が設けられていない比較例の発光部９１に、図５の最も上の段に示すように、パルスの幅が通常の動作時におけるものよりも長くなった駆動パルス信号が入力される場合には、この駆動パルス信号がそのまま駆動回路９２に入力されることとなり、図５中の時刻Ｔ３から時刻Ｔ５までの間、ＬＥＤ９３に駆動電流が流されてしまい、ＬＥＤ９３の焼損、駆動回路９２内のトランジスタ９２２の破損、あるいは、駆動回路９２内に設けられる電流制限用の抵抗９２１の焼損等、ＬＥＤ９３または駆動回路９２に不具合が発生する。

これに対し、図２の発光部５では、駆動パルス発生部４１と駆動回路５２との間に保護回路５３が設けられることにより、保護回路５３において入力される駆動パルス信号のパルスの幅が、予め設定された制限パルス幅よりも長い場合に、パルスの幅が制限パルス幅に制限されて駆動パルス信号が駆動回路５２に出力される。これにより、定格電流を超える駆動電流がＬＥＤ５１に制限パルス幅よりも長く入力されることを防止することができ、その結果、ＬＥＤ５１または駆動回路５２において異常な駆動電流による不具合の発生を防止することができる。

なお、画像取得装置１では、基板９の移動速度や光学系３２の倍率等に応じて通常の動作時におけるフラッシュ光の発光時間が１５μ秒以外に変更されてよいが、画像の取得に必要な光量を確保するためには、通常の動作時におけるフラッシュ光の発光時間を短くするほど駆動電流を大きくする必要が生じ、保護回路を有していない比較例の画像取得装置では、入力される駆動パルス信号の異常によりＬＥＤまたは駆動回路に不具合が発生する可能性が高くなる。したがって、保護回路５３を有する画像取得装置１は、通常の動作時におけるフラッシュ光の発光時間を１５μ秒以下の極めて短い時間として画像を取得する用途に特に適しているといえる。

図７は、本発明の一の実施の形態に係る保護回路を示す図である。図７の保護回路５３ａでは、積分回路５３２ａのインバータ５３３と抵抗５３４との間に分岐点５３９ａが設けられ、この分岐点５３９ａからの分岐路にはダイオード５３６のカソード側が接続され、ダイオード５３６のアノード側は抵抗５３７を介して抵抗５３４とコンデンサ５３５との間に接続される。

図７の保護回路５３ａを有する発光部５が設けられる画像取得装置１では、連続的に移動する基板９に向けて発光部５からフラッシュ光が所定の周期にて出射され、基板９上の複数の検査領域の画像が取得される。以下、画像取得装置１が複数の検査領域の画像を取得する際における保護回路５３ａの通常の動作について説明する。

図８は、画像取得装置１の通常の動作時に保護回路５３ａから駆動回路５２に出力される駆動パルス信号を説明するための図である。図８の上段は保護回路５３ａの入力端（分岐点５３９）における電圧を示し、図８の中段はＡＮＤゲート５３１の第２入力端子における電圧を示し、図８の下段はＡＮＤゲート５３１の出力端子における電圧を示している（図９および図１０において同様）。

図８の上段に示すように、駆動パルス発生部４１から保護回路５３ａに入力される駆動パルス信号において最初のパルス８２１が発生する直前（すなわち、図８中の時刻Ｔ１１の直前）では、図３の保護回路５３の場合と同様にコンデンサ５３５の充電が完了しており、図８の中段に示すように中間信号の電圧はＨレベルとなり、ＡＮＤゲート５３１から出力される駆動パルス信号の電圧は、図８の下段に示すようにＬレベルとなっている。続いて、図８の上段に示すように、時刻Ｔ１１にて駆動パルス信号の電圧がＨレベルとなると（すなわち、パルス８２１が発生すると）、インバータ５３３により分岐点５３９ａの電圧がＬレベルとされコンデンサ５３５が放電を開始する。このとき、分岐点５３９ａに向かって抵抗５３４および抵抗５３７に電流が流れることにより、図８の中段に示す中間信号の電圧は急激に低下するが、入力される駆動パルス信号の電圧は微小時間にて（図８中の時刻Ｔ１２にて）Ｌレベルに戻ることにより、時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２までの期間では、中間信号の電圧はＡＮＤゲート５３１において設定される電圧閾値（図８中にて符号８１を付す一点鎖線にて示す。後述する図９および図１０において同様。）以上とされ、この期間だけＡＮＤゲート５３１から出力される駆動パルス信号の電圧がＨレベルとなる。

実際には、中間信号の電圧は時刻Ｔ１２にてＡＮＤゲート５３１における電圧閾値近傍の値となるため、仮にパルス８２１の幅が通常よりも長くなった場合であっても、時刻Ｔ１２以降ではＡＮＤゲート５３１において第２入力端子の電圧がＬレベルであると判定され、ＡＮＤゲート５３１から出力される駆動パルス信号ではほぼ時刻Ｔ１２にて電圧がＬレベルとなる。すなわち、保護回路５３ａでは、制限パルス幅がほぼ通常の動作時のパルスの幅として設定されており、入力される駆動パルス信号のパルスの幅が制限パルス幅よりも長い場合に、パルスの幅が制限パルス幅に制限された駆動パルス信号が駆動回路５２に出力されることとなる。

パルス８２１の発生後、次のパルス８２２の発生までの間（図８中の時刻Ｔ１２から時刻Ｔ１３までの間）では、インバータ５３３により分岐点５３９ａの電圧がＨレベルとされることにより、コンデンサ５３５にて充電が行われる。このとき、抵抗５３４のみを通過して分岐点５３９ａからコンデンサ５３５に向かって電流が流れるため、中間信号の電圧が電圧閾値近傍の値からＨレベルとなるまでの時間は、コンデンサ５３５の放電時にＨレベルから電圧閾値近傍の値となるまでの時間（時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１２までの時間）よりも長くなる。すなわち、積分回路５３２ａでは、放電時と充電時とで時定数が異なるものとされている。実際には、図８の中段に示すように、駆動パルス信号において次のパルス８２２が発生する直前にてコンデンサ５３５の充電が完了する。そして、直前のパルス８２１の発生時と同様に、入力される駆動パルス信号の電圧がＨレベルとなる間だけ、ＡＮＤゲート５３１から出力される駆動パルス信号の電圧がＨレベルとされ、その後、Ｌレベルとなる。このように、通常の動作時には、駆動パルス発生部４１にて所定の周期（すなわち、時刻Ｔ１１から時刻Ｔ１３までの時間）にて発生させたパルスを示す駆動パルス信号が、保護回路５３ａから駆動回路５２にそのままの状態で出力される。

次に、駆動パルス発生部４１から発光部５に異常な駆動パルス信号が入力された場合における保護回路５３ａの動作について説明する。図９および図１０は、保護回路５３ａに異常な駆動パルス信号が入力された場合に保護回路５３ａから駆動回路５２に出力される駆動パルス信号を説明するための図である。

駆動パルス発生部４１から保護回路５３ａに入力される駆動パルス信号において、図９の上段に示すように、パルスの周期が通常動作時における周期（すなわち、図８中の時刻Ｔ１１からＴ１３までの時間であり、図９中にて符号Ｋ１を付す矢印にて示す時間である。図１０において同様。）よりも短くなった場合（周期異常の場合）を想定すると、時刻Ｔ２１における最初のパルス８３１の発生後、次のパルス８３２が発生する時刻Ｔ２３では、図９の中段に示すように、コンデンサ５３５の充電が完了しておらず、中間信号の電圧はＨレベルよりも低い。既述のように、コンデンサ５３５の放電時には中間信号の電圧は急激に下降するため、入力される駆動パルス信号のパルス８３２が立ち下がる時刻Ｔ２４（駆動パルス信号の電圧がＬレベルとなる時刻）までに、中間信号の電圧がＡＮＤゲート５３１における電圧閾値未満となる。したがって、ＡＮＤゲート５３１から駆動回路５２に出力される駆動パルス信号では、図９の下段に示すように、入力されるパルス８３２よりも短い幅のパルス８３２ａが発生する。また、既述のようにコンデンサ５３５の充電時における中間信号の電圧の上昇は比較的緩やかであるため、次のパルス８３３が入力される時刻Ｔ２５においても中間信号の電圧はＡＮＤゲート５３１における電圧閾値未満のままであり、ＡＮＤゲート５３１から出力される駆動パルス信号では、パルス８３３に対応するパルスは発生しない。

また、駆動パルス発生部４１から保護回路５３ａに入力される駆動パルス信号において、図１０の上段に示すように、パルスの周期が極めて短くなった場合（バーストの場合）を想定すると、時刻Ｔ３１における最初のパルス８４１の発生後、次のパルス８４２が発生する時刻Ｔ３３では、図１０の中段に示すように、コンデンサ５３５の充電はほとんど行われておらず、時刻Ｔ３３の直後に、中間信号の電圧がＡＮＤゲート５３１における電圧閾値未満となる。したがって、ＡＮＤゲート５３１から駆動回路５２に出力される駆動パルス信号では、図１０の下段に示すように、入力されるパルス８４２よりも極めて短い幅のパルス８４２ａが発生する。また、入力される駆動パルス信号において時刻Ｔ３３におけるパルス８４２よりも後のパルスの発生時には、中間信号の電圧はＡＮＤゲート５３１における電圧閾値未満となっている（実際には、Ｌレベル近傍にてほぼ一定となっている）ことにより、ＡＮＤゲート５３１から出力される駆動パルス信号では、対応するパルスは発生しない。なお、図１０の上段中の最後のパルス８４９の発生後においては、中間信号の電圧はＨレベルまで緩やかに上昇する。

以上のように、図７の保護回路５３ａを有する発光部５では、通常の動作時における駆動パルス信号のパルスの周期Ｋ１をパルス制限期間とし、パルス制限期間におけるパルスの個数が実質的に２個に制限されている。ここで、パルス制限期間は、駆動回路５２に出力される駆動パルス信号において仮にそのパルス制限期間内に所定の個数（上記の例では、２個であり、以下、「制限数」という。）のパルスが発生してＬＥＤ５１に当該パルスに合わせて駆動電流が供給された場合であってもＬＥＤ５１や駆動回路５２の破損が確実に回避されることを前提として予め決定される時間であり、例えば、ＬＥＤ５１の定格電流をＩ_ｍａｘ、ＬＥＤ５１の駆動電流をＩ_ｆｌ、通常の動作時のパルス幅をＰとすると、パルス制限期間Ｔ_Ｂは（Ｔ_Ｂ＝Ｐ×（Ｉ_ｆｌ／Ｉ_ｍａｘ））にて求められる。

ところで、図６の比較例の発光部９１において、図１１中の最も上の段に示す駆動パルス信号が駆動パルス発生部から出力され、この駆動パルス信号に図１１中の上から２段目に示すノイズが重畳された場合には、図１１中の上から３段目に示すような駆動パルス信号が駆動回路９２に入力されることとなる。この場合に、仮に、ノイズが重畳された駆動パルス信号を所定の電圧閾値（図１１の３段目において符号９５を付す一点鎖線にて示す。）にて２値化して、図１１の最も下の段に示すようにＨレベルまたはＬレベルの２値信号としてトランジスタ９２２に出力される場合には、この２値信号の電圧がＨレベルとなる間、ＬＥＤ９３に駆動電流が供給されてしまい、ＬＥＤ９３または駆動回路９２に不具合が生じてしまう。

これに対し、発光部５の保護回路５３ａでは、駆動パルス発生部４１から入力される駆動パルス信号のパルスの幅が制限パルス幅よりも長い場合にパルスの幅を制限パルス幅に制限し、さらに、パルス制限期間内に入力される駆動パルス信号のパルスの個数が所定の制限数よりも多い場合にパルス制限期間内におけるパルスの個数を制限数に制限して、制限された駆動パルス信号が駆動回路５２へと出力される。これにより、発光部５では、定格電流を超える駆動電流がＬＥＤ５１に制限パルス幅よりも長く入力されること、および、パルス制限期間内に制限数よりも多い回数だけ入力されることを防止することができ、その結果、ＬＥＤ５１または駆動回路５２において異常な駆動電流による不具合の発生が回避される。

なお、発光部５では基板９の移動速度が変更される等、撮像に係る条件が変更される場合には、通常の動作時における駆動パルス信号のパルスの周期が、当該条件に合わせて上記のパルス制限期間以上となる範囲で変更されてもよい。また、図３の保護回路５３においても、実際には、積分回路５３２の時定数に応じて所定のパルス制限期間内における駆動パルス信号のパルスの個数が制限されている。

図１２は、発光部の他の例を示す図である。図１２の発光部５ａでは、図２の発光部５と比較して、信号設定部５６に接続される駆動パルス発生部５５が内部に設けられる点で相違しており、駆動パルス発生部５５は保護回路５３を介して駆動回路５２に接続される。他の構成は図２の発光部５と同様であり、同符号を付している。

図１２の発光部５ａにおける一の動作例では、信号設定部５６から駆動パルス発生部５５に周期的なパルスの発生を指示する信号、および、当該パルスの幅および周期を指示する信号が入力され、駆動パルス発生部５５にてパルスの幅および周期が設定される。そして、フラッシュ光の出射の開始を指示するトリガ信号（図１２中にて符号Ａ１を付す矢印にて示す。後述の図１４において同様。）が外部から入力されると、駆動パルス発生部５５では設定されたパルスの幅および周期にて駆動パルス信号のパルスを発生し、この駆動パルス信号のパルスに応じてＬＥＤ５１からフラッシュ光が周期的に出射される。そして、フラッシュ光の出射の終了を指示するトリガ信号が外部から入力されると、駆動パルス発生部５５でのパルスの発生を終了し、フラッシュ光の出射が停止される。なお、フラッシュ光の出射の開始および終了を指示するトリガ信号が周期的に発光部５ａに入力され、発光部５ａの駆動パルス発生部５５がより短い周期にてパルスを発生してもよい。

また、発光部５ａの他の動作例では、信号設定部５６から駆動パルス発生部５５に外部からのトリガ信号の入力に合わせた駆動パルス信号のパルスの発生を指示する信号、および、当該パルスの幅を指示する信号が入力され、フラッシュ光の出射を指示するトリガ信号が外部から入力されると、駆動パルス発生部５５が駆動パルス信号の１つのパルスを発生し、このパルスに応じてＬＥＤ５１からフラッシュ光が１回だけ出射される。また、次のトリガ信号が入力されると、同様に駆動パルス発生部５５が１つのパルスを発生し、ＬＥＤ５１からフラッシュ光が１回だけ出射される。

このように、発光部５ａにおいて内部にて駆動パルス信号を発生する際に、仮に、外部から入力されるトリガ信号の間隔が異常となる場合や、駆動パルス発生部５５にて誤動作が生じた場合、さらに、信号設定部５６による駆動パルス発生部５５に対する誤設定が生じた場合であっても、発光部５ａでは保護回路５３（保護回路５３ａであってもよい。）が設けられることにより、ＬＥＤ５１や駆動回路５２に不具合が生じることが防止される。

図１３は、発光部のさらに他の例を示す図である。図１３の発光部５ｂでは、トランジスタ５２４のドレイン側にヒューズ５２２を介して電源５２１が接続され、トランジスタ５２４のソース側にはＬＥＤ５１のアノード側が接続される。ＬＥＤ５１のカソード側は抵抗５２３ａを介して接地される。トランジスタ５２４のゲート側はオペアンプ５２５の出力端子に接続され、オペアンプ５２５の一方の入力端子にはアナログスイッチ５２７およびボリューム部５２６を介して電源５２１ａに接続される。また、ＬＥＤ５１と抵抗５２３ａとの間では分岐点が設けられ、この分岐点は抵抗５２３ｂを介してオペアンプ５２５の他方の入力端子に反転接続される。オペアンプ５２５とトランジスタ５２４との間には分岐点が設けられ、抵抗５２３ｃを介して抵抗５２３ｂとオペアンプ５２５との間に接続される。

発光部５ｂでは図１３中にて破線の矩形にて囲む構成により、駆動時においてＬＥＤ５１に流れる電流を一定とすることが可能な駆動回路５２ａ（いわゆる、定電流ドライブ回路）が構成される。このような定電流ドライブでは、電源５２１における電圧の変動や、ＬＥＤ５１自体の温度あるいは周囲の温度の変動によりＬＥＤ５１に流れる電流の大きさが変化することが防止される。なお、アナログスイッチ５２７とオペアンプ５２５との間、および、抵抗５２３ｂとオペアンプ５２５との間のそれぞれは、抵抗５２３ｄ，５２３ｅを介して接地されている。

図１３の発光部５ｂのアナログスイッチ５２７では、保護回路５３（図７の保護回路５３ａであってもよい。）から出力される制限後の駆動パルス信号のパルスに合わせて電源５２１ａから付与される直流電圧がパルス化され、駆動パルス信号として駆動回路５２ａに出力される。このとき、アナログスイッチ５２７から駆動回路５２ａに出力される駆動パルス信号における電圧の大きさが、ボリューム部５２６における設定値を変更することにより可変とされており、発光部５ｂではＬＥＤ５１に流れる電流を当該設定値に応じた大きさにて一定としてＬＥＤ５１の輝度を安定化させることが実現される。

図１４は、発光部のさらに他の例を示す図である。図１４の発光部５ｃでは、図１３の発光部５ｂと比較して、信号設定部５６に接続される駆動パルス発生部５５が内部に設けられる点で相違している。図１４の発光部５ｃにおいても、図１２の発光部５ａと同様に、内部の駆動パルス発生部５５により、一の動作モード時には外部からトリガ信号が入力される毎に駆動パルス信号の１つのパルスを発生させ、他の動作モード時には外部からトリガ信号が入力されることにより駆動パルス信号の周期的なパルスを発生させて、フラッシュ光の出射が行われる。また、仮に、外部から入力されるトリガ信号の間隔が異常となる場合や、駆動パルス発生部５５にて誤動作が生じた場合、さらに、信号設定部５６による駆動パルス発生部５５に対する誤設定が生じた場合であっても、保護回路５３によりＬＥＤ５１や駆動回路５２ａに不具合が生じることが防止される。

以上、本発明の実施の形態について説明してきたが、上記の形態は様々な変形が可能である。

上記実施の形態における保護回路５３，５３ａでは、コンデンサ５３５と抵抗５３４（および抵抗５３７）との組み合わせによる積分回路５３２，５３２ａの時定数により、駆動パルス発生部から入力される駆動パルス信号の変化を緩和させた中間信号を生成することが実現されるが、コンデンサの充放電により駆動パルス信号の変化を緩和させた中間信号を生成する時定数回路は、図３および図７の積分回路５３２，５３２ａ以外の構成にて実現されてもよい。また、保護回路５３，５３ａでは、ＡＮＤゲート５３１における駆動パルス信号と中間信号との論理演算により、駆動回路に出力される駆動パルス信号におけるパルスの幅や、パルス制限期間内のパルスの個数が制限されるが、例えば、保護回路５３，５３ａにおけるＡＮＤゲート５３１がインバータとＮＯＲゲートとに置き換えられ、インバータ５３３がＮＯＲゲートの第１入力端子側に設けられることにより、制限された駆動パルス信号が駆動回路５２に出力されてもよい。すなわち、駆動パルス信号と中間信号との論理演算により、パルスの幅を制限パルス幅に制限した、または、パルス制限期間内におけるパルスの個数を所定の制限数に制限した駆動パルス信号を出力するものであるならば、保護回路では様々な論理回路を用いることが可能である。

また、保護回路を簡単な構成にて実現するという観点では、上記のように時定数回路および論理回路が保護回路に設けられることが好ましいが、保護回路の製造コストの上昇を許容する場合には、上記のようなアナログ的な回路ではなく、デジタル回路にて保護回路が実現されてもよい。例えば、所定の内部クロックにて駆動パルス発生部から入力される駆動パルス信号のパルスの長さや個数を取得し、その値に基づいて駆動パルス信号におけるパルスの幅や、パルス制限期間内のパルスの個数を必要に応じて制限して制限後の駆動パルス信号を駆動回路５２に出力する保護回路が用いられてもよい。

図７の保護回路５３ａでは、パルス制限期間内におけるパルスの制限数が実質的に２とされているが、パルスの制限数は１あるいは３以上であってもよい。ただし、保護回路を簡単な構成にて実現しつつＬＥＤ５１や駆動回路５２の破損をより確実に回避するという観点では、パルス制限期間内におけるパルスの制限数は２または３とされることが好ましい。

図２および図１３の駆動回路５２，５２ａは一例であり、駆動回路の構成は発光装置の設計に応じて適宜変更されてよい。

上記実施の形態における光学系３２は、フラッシュ光の基板９からの反射光を撮像部３３へと導くが、基板９の種類によっては、照射されるフラッシュ光のうちの基板９を透過した光が撮像部３３へと導かれてもよい。すなわち、光学系３２はフラッシュ光に由来する基板９からの光を撮像部３３へと導くのであれば、いかなるものであってもよい。

上記実施の形態では、固定された撮像部３３に対して基板９が移動するが、基板９は撮像領域に沿って撮像部３３に対して連続的かつ相対的に移動すればよく、固定された基板９に対して撮像部３３を連続的に移動する移動機構が設けられてもよい。

画像取得装置１における撮像の対象物は、基板９以外であってもよい。

画像取得装置の構成を示す図である。発光部の構成を示す図である。保護回路の構成を示す図である。通常動作時に保護回路から駆動回路に出力される駆動パルス信号を説明するための図である。異常な駆動パルス信号が入力された場合に保護回路から駆動回路に出力される駆動パルス信号を説明するための図である。比較例の発光部を示す図である。保護回路の他の例を示す図である。通常動作時に保護回路から駆動回路に出力される駆動パルス信号を説明するための図である。異常な駆動パルス信号が入力された場合に保護回路から駆動回路に出力される駆動パルス信号を説明するための図である。異常な駆動パルス信号が入力された場合に保護回路から駆動回路に出力される駆動パルス信号を説明するための図である。異常な駆動パルス信号を説明するための図である。発光部の他の例を示す図である。発光部のさらに他の例を示す図である。発光部のさらに他の例を示す図である。

１ａ発光装置
２コンベア
９基板
３２光学系
３３撮像部
４１，５５駆動パルス発生部
５１発光ダイオード
５２，５２ａ駆動回路
５３，５３ａ保護回路
３３１撮像素子
５３１ＡＮＤゲート
５３２，５３２ａ積分回路
５３５コンデンサ
８２１，８２２，８３１〜８３３，８４１，８４２，８４９，８３２ａ，８４２ａパルス

Claims

フラッシュ光を出射する発光装置であって、
発光ダイオードと、
駆動パルス発生部からの駆動パルス信号が入力されるとともに、前記駆動パルス信号がＯＮを示す間だけ前記発光ダイオードに連続点灯時の定格電流を超える駆動電流を供給する駆動回路と、
前記駆動パルス発生部と前記駆動回路との間に設けられ、予め設定されたパルス制限期間内に入力される前記駆動パルス信号のパルスの個数が所定の制限数よりも多い場合に、前記パルス制限期間内における前記パルスの個数を前記制限数に制限し、制限された前記駆動パルス信号を前記駆動回路へと出力する保護回路と、
を備え、
前記保護回路が、
コンデンサの充放電により前記駆動パルス信号の変化を緩和させた中間信号を生成する時定数回路である積分回路と、
前記駆動パルス信号と前記中間信号との論理演算により、前記パルス制限期間内におけるパルスの個数を前記制限数に制限し、制限された前記駆動パルス信号を出力する論理回路と、
を備え、
前記積分回路において、充電時の時定数が放電時の時定数よりも大きいことを特徴とする発光装置。
請求項１に記載の発光装置であって、
前記制限数が２または３であることを特徴とする発光装置。
請求項１または２に記載の発光装置であって、
前記保護回路が、入力される前記駆動パルス信号のパルスの幅が予め設定された制限パルス幅よりも長い場合に、前記パルスの前記幅を前記制限パルス幅に制限し、制限された前記駆動パルス信号を前記駆動回路へと出力することを特徴とする発光装置。